GB/T 36276-2023《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》“絕熱溫升特性試驗(yàn)”解讀及數(shù)據(jù)展示

要點(diǎn)回顧

GB/T 36276-2018《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》標(biāo)準(zhǔn)自2018年正式發(fā)布實(shí)施以來(lái)，有效促進(jìn)了電力儲(chǔ)能及鋰離子電池行業(yè)朝著合規(guī)有序的方向發(fā)展。過去5年，隨著電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模的快速擴(kuò)張，儲(chǔ)能用鋰電池技術(shù)取得了顯著進(jìn)步，同時(shí)電池的應(yīng)用場(chǎng)景更加復(fù)雜，為此國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2023年12月28日發(fā)布新版GB/T 36276-2023《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》，并于2024年07月01日起正式實(shí)施。新國(guó)標(biāo)增加了過載、振動(dòng)、高海拔絕緣性與耐壓性能等六項(xiàng)安全性能試驗(yàn)，并刪改了多項(xiàng)試驗(yàn)的測(cè)試方法以及技術(shù)要求。特別地，新國(guó)標(biāo)對(duì)熱安全性能試驗(yàn)中的絕熱溫升特性試驗(yàn)進(jìn)行了較大改動(dòng)，修正了舊版試驗(yàn)方法存在的試驗(yàn)流程不明確、技術(shù)要求不合理、數(shù)據(jù)指導(dǎo)價(jià)值較低等問題。
本文重點(diǎn)通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較和解讀新舊國(guó)標(biāo)絕熱溫升試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)邏輯，闡釋新方法的合理性，便于行業(yè)用戶對(duì)新國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行理解并順利開展實(shí)驗(yàn)。

調(diào)整內(nèi)容

GB/T 36276-2023《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》與GB/T 36276-2018版標(biāo)準(zhǔn)的絕熱溫升特性試驗(yàn)要求對(duì)比：

2023版

6.7.4.1 絕熱溫升特性試驗(yàn)
電池單體絕熱溫升特性試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)行：a) 將按照 6.2.4.1.1完成了初始化充電的試驗(yàn)樣品置于絕熱模擬裝置內(nèi)，連接溫度數(shù)據(jù)采樣線；b) 設(shè)置絕熱模擬裝置試驗(yàn)起始溫度為 40 ℃、試驗(yàn)溫升步長(zhǎng)為5℃、試驗(yàn)終止溫度為 130 ℃、溫度數(shù)據(jù)采樣周期為 0.01 min；c) 加熱試驗(yàn)樣品至表面溫度達(dá)到 40 ℃時(shí)保持當(dāng)前溫度，靜置5 h，記錄時(shí)間、溫度；d) 繼續(xù)加熱試驗(yàn)樣品至表面溫度達(dá)到 45 ℃時(shí)保持當(dāng)前溫度，靜置1h，記錄時(shí)間、溫度；e) 控制試驗(yàn)裝置恒定當(dāng)前溫度 20min，記錄時(shí)間、溫度，計(jì)算溫升速率；f) 以5℃為步長(zhǎng)逐次遞增試驗(yàn)樣品表面溫度至130℃，重復(fù)步驟 d)~e)；g) 停止加熱，待試驗(yàn)樣品表面溫度恢復(fù)至室溫，拆除數(shù)據(jù)采樣線，取出試驗(yàn)樣品；h) 記錄試驗(yàn)現(xiàn)象，包括膨脹、漏液、冒煙、起火、爆炸、外殼破裂及破裂位置；i) 重復(fù)步驟 a)~h)至所有試驗(yàn)樣品完成試驗(yàn)。

2018版

A.2.8 絕熱溫升試驗(yàn)
電池單體絕熱溫升試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)行：a) 電池單體初始化充電；b) 將絕熱加速量熱裝置的起始溫度設(shè)定為 40 ℃、終止溫度設(shè)定為 130 ℃，啟動(dòng)裝置，待溫度達(dá)到 40℃ 時(shí)保持溫度恒定，將電池單體放入絕熱腔體擱置 5h；c) 加熱裝置以 0.5 ℃/min 的速率升溫，加熱幅度每達(dá)到 10 ℃時(shí)保持當(dāng)前溫度恒定20min，裝置的溫度準(zhǔn)確度推薦為±0.2 ℃，升溫速率準(zhǔn)確度推薦為±0.02℃/min；d) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池單體表面中心點(diǎn)的溫度，溫度數(shù)據(jù)采樣周期不應(yīng)大于 10ms，溫度傳感器準(zhǔn)確度應(yīng)為±0.05℃；e) 參見附錄B表B.6 記錄不同溫度恒定階段的溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電池單體溫升速率；根據(jù)記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作溫度-電池單體溫升速率曲線。

2023版

5.6.4.1 絕熱溫升特性
電池單體絕熱溫升特性應(yīng)滿足下列要求：a) 表面溫度小于或等于電池單體高溫一級(jí)報(bào)警溫度時(shí)，溫升速率小于 0.02 ℃/min;b) 不起火，不爆炸，不在防爆閥或泄壓點(diǎn)之外的位置發(fā)生破裂。

2018版

應(yīng)提供絕熱條件下電池單體不同溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫升速率數(shù)據(jù)表,且應(yīng)提供根據(jù)記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的溫度-溫升速率曲線。

2023版

6.1.2.4 絕熱模擬裝置
絕熱模擬裝置主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表5要求。

表1 絕熱溫升試驗(yàn)技術(shù)要求對(duì)比

分析新國(guó)標(biāo)試驗(yàn)方法的調(diào)整內(nèi)容，可以總結(jié)以下幾個(gè)方面變化：

數(shù)據(jù)對(duì)比

1.樣品準(zhǔn)備

2.實(shí)驗(yàn)條件

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 (a)GB/T 36276-2018和(b)GB/T 36276-2023絕熱溫升特性試驗(yàn)電池升溫曲線

圖4 (a)GB/T 36276-2018和(b)GB/T 36276-2023絕熱溫升特性試驗(yàn)電池溫升速率-溫度曲線

表2 電池單體絕熱溫升特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

執(zhí)行舊國(guó)標(biāo)絕熱溫升試驗(yàn)時(shí)，由于僅規(guī)定程序控制絕熱加速量熱裝置的溫度，而電池樣品由于自身熱容較大升溫相對(duì)滯后，從而導(dǎo)致電池樣品與絕熱量熱儀爐體之間的溫差較大（如圖3a），爐體對(duì)電池樣品存在嚴(yán)重的過加熱現(xiàn)象，測(cè)定得到的不同溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電池溫升速率明顯偏大，如圖4a和表2所示；而新國(guó)標(biāo)規(guī)避了上述問題，明確電池樣品需達(dá)到目標(biāo)臺(tái)階溫度后繼續(xù)恒溫60min，使電池在絕熱模擬裝置中處于良好的絕熱環(huán)境后再繼續(xù)搜尋20min，檢測(cè)其溫升速率。如圖4b所示，此時(shí)測(cè)定得到的電池溫升速率完全取決于電池內(nèi)部自放熱反應(yīng)，能夠反映電池在目標(biāo)溫度下的副反應(yīng)、自放電速率和表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，科學(xué)地表征其熱穩(wěn)定性，對(duì)于電力儲(chǔ)能行業(yè)用鋰離子電池在使用中的熱管理和安全預(yù)警更加具有指導(dǎo)意義。

圖5 GB/T 36276-2023絕熱溫升特性試驗(yàn)升溫曲線局部特征:(a)首臺(tái)階；(b)速率檢測(cè)臺(tái)階

結(jié)論與展望

根據(jù)分析與實(shí)測(cè)結(jié)果，GB/T 36276-2023《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》絕熱溫升特性試驗(yàn)?zāi)軌蚩茖W(xué)、準(zhǔn)確地測(cè)定電池在絕熱環(huán)境中的自放熱溫升速率，為電力儲(chǔ)能相關(guān)行業(yè)更安全地使用鋰離子電池提供指導(dǎo)。